(57)【要約】【課題】軸への組付けを容易に行うことができ、また、構造を簡素化することができる転がり軸受装置を提供する。【解決手段】転がり軸受２の内輪２１に軸方向に貫通するボルト挿通孔２７を形成し、このボルト挿通孔２７に挿通されたボルト２８によって内輪２１を主軸３に固定する。ボルト挿通孔２７は、内輪２１の熱処理前に軸方向一方側から途中までの範囲で形成される第１孔部２７ａと、第１孔部２７ａよりも小さい孔径で、熱処理後に軸方向他方側から第１孔部２７ａに連通するように形成される第２孔部２７ｂとからなる。ボルト２８は、第２孔部２７ｂ側からボルト挿通孔２７に挿通され、第２孔部２７ｂ側に頭部２８ａを位置させ、第１孔部２７ａ側で主軸３に螺合する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１軌道輪、第２軌道輪、及び第１，第２軌道輪の間に配置された転動体を有する転がり軸受と、
前記第１軌道輪に嵌合されると共に、頭部を有するボルトによって前記１軌道輪に固定される被固定部材とを備え、
前記第１軌道輪に、前記ボルトを挿通させるためのボルト挿通孔が軸方向に貫通して形成され、
前記ボルト挿通孔が、前記第１軌道輪の熱処理前に当該第１軌道輪の軸方向一方の側面から軸方向の途中まで形成される第１孔部と、この第１孔部よりも小さいボルト孔径を有し且つ前記熱処理後に前記第１軌道輪の軸方向他方の側面から前記第１孔部に連通するように形成される第２孔部とからなり、
前記ボルトが、前記第２孔部側から前記ボルト挿通孔に挿通されることによって、前記第２孔部側に頭部を位置させ、第１孔部側で前記被固定部材に連結されていることを特徴とする転がり軸受装置。
【請求項２】
前記被固定部材が前記転がり軸受によって回転可能に支持される軸であり、
前記第１の軌道輪が、前記軸の外周面に嵌合する内輪である請求項１記載の転がり軸受装置。
【請求項３】
前記第１軌道輪は、前記第２軌道輪よりも軸方向に突出する部分を有しており、この突出部分の外周面にシール受面が形成されている請求項２記載の転がり軸受装置。
【請求項４】
前記軸が、前記第１軌道輪の第１孔部側において径方向に突出する取付部を備え、この取付部に前記ボルトが螺合する雌ねじが形成されている請求項２又は３に記載の転がり軸受装置。
【請求項５】
前記軸が、前記第１軌道輪の第１孔部側において径方向に突出する取付部を備え、この取付部に前記ボルトが挿通する貫通孔が形成され、この貫通孔に挿通された前記ボルトに螺合し、当該ボルトとともに前記取付部に前記第１軌道輪を固定するナットが設けられている請求項２又は３に記載の転がり軸受装置。
【請求項６】
第１軌道輪、第２軌道輪、及び第１，第２軌道輪の間に配置される転動体を有する転がり軸受と、前記第１軌道輪に嵌合されると共に、頭部を有するボルトによって前記１軌道輪に固定される被固定部材とを備えた転がり軸受装置の製造方法であって、
前記第１軌道輪の熱処理前に、当該第１軌道輪の軸方向一方の側面から軸方向の途中までの範囲で第１孔部を軸方向に形成する工程と、
前記第１軌道輪の熱処理後に、前記第１軌道輪の軸方向他方の側面から前記第１孔部に連通するように、前記第１孔部よりも小さいボルト孔径の第２孔部を軸方向に形成する工程と、
前記第２孔部側から前記ボルトを挿通することによって、このボルトの頭部を前記第２孔部側に位置させ、前記第１孔部側で前記ボルトを前記被固定部材に連結する工程と、を含むことを特徴とする転がり軸受装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば風力発電機において、ブレードが設けられた主軸を回転自在に支持するために用いられる転がり軸受装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１には、風力発電機の主軸支持構造に関する技術が開示されている。風力発電機は、一端部にブレードを有する主軸を備え、この主軸が転がり軸受により回転自在に支持されている。
【０００３】
図５は、従来の主軸支持用の転がり軸受装置の断面説明図である。この転がり軸受装置に用いられている転がり軸受１０２は、複列円すいころ軸受であり、外周に２列の内輪軌道面を有する内輪１２１と、内周に１列の外輪軌道面を有する２つの外輪１２２と、内輪軌道面と外輪軌道面との間に配置された２列の円すいころ１２３とを備えている。外輪１２２は、外周面が軸箱１０４の嵌合面１４１ａに嵌合されており、軸方向の一側面が軸箱１０４の内側面１４２ａに当接し、且つ、軸方向の他側面が軸箱１０４にボルト１４４で固定された押さえリング１４３に当接している。内輪１２１は、内周面が主軸１０３の外周面に嵌合されており、軸方向一側面が主軸１０３の大径部１０３ａに当接し、且つ、軸方向他側面が、主軸１０３に嵌合されたシール受リング１３５の一側面に当接している。このシール受リング１３５の他側面は、主軸１０３にボルト１３３で固定された押さえリング１３４に当接している。
【０００４】
また、軸箱１０４の内周面と押さえリング１４３の内周面とにはそれぞれシール部材１４５ａ，１４５ｂが取り付けられ、一方のシール部材１４５ａは、主軸１０３の大径部１０３ａの外周面に摺接し、他方のシール部材１４５ｂは、シール受リング１３５の外周面に摺接している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−３００１２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図５に示す従来の転がり軸受１０２の場合、内輪１２１は、主軸１０３との間のクリープを防ぐために主軸１０３の外周面にしまりばめ（タイトフィット）により嵌合されている。しかし、風力発電機では内輪１２１の内径が約１．５ｍと非常に大型であるため、主軸１０３に対して内輪１２１をしまりばめにより組み付けるのは非常に困難な作業となる。
また、転がり軸受１０２を主軸１０３や軸箱１０４に組み付けるためには、押さえ部材１３４やシール受リング１３５が必要であるため、部品点数が多くなり、構造も複雑となる。
【０００７】
本発明は、軸などの被固定部材への軌道輪の組付けを容易に行うことができ、また、構造を簡素化することができる転がり軸受装置及び転がり軸受装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の転がり軸受装置は、第１軌道輪、第２軌道輪、及び第１，第２軌道輪の間に配置された転動体を有する転がり軸受と、
前記第１軌道輪に嵌合されると共に、頭部を有するボルトによって前記１軌道輪に固定される被固定部材とを備え、
前記第１軌道輪に、前記ボルトを挿通させるためのボルト挿通孔が軸方向に貫通して形成され、
前記ボルト挿通孔が、前記第１軌道輪の熱処理前に当該第１軌道輪の軸方向一方の側面から軸方向の途中まで形成される第１孔部と、この第１孔部よりも小さいボルト孔径を有し且つ前記熱処理後に前記第１軌道輪の軸方向他方の側面から前記第１孔部に連通するように形成される第２孔部とからなり、
前記ボルトが、前記第２孔部側から前記ボルト挿通孔に挿通されることによって、前記第２孔部側に頭部を位置させ、第１孔部側で前記被固定部材に連結されていることを特徴とする。
【０００９】
本発明の転がり軸受装置の製造方法は、第１軌道輪、第２軌道輪、及び第１，第２軌道輪の間に配置される転動体を有する転がり軸受と、前記第１軌道輪に嵌合されると共に、頭部を有するボルトによって前記１軌道輪に固定される被固定部材とを備えた転がり軸受装置の製造方法であって、
前記第１軌道輪の熱処理前に、当該第１軌道輪の軸方向一方の側面から軸方向の途中までの範囲で第１孔部を軸方向に形成する工程と、
前記第１軌道輪の熱処理後に、前記第１軌道輪の軸方向他方の側面から前記第１孔部に連通するように、前記第１孔部よりも小さいボルト孔径の第２孔部を軸方向に形成する工程と、
前記第２孔部側から前記ボルトを挿通することによって、このボルトの頭部を前記第２孔部側に位置させ、前記第１孔部側で前記ボルトを前記被固定部材に連結する工程と、を含むことを特徴とする。
【００１０】
以上の構成によれば、第１軌道輪に軸方向に貫通するボルト挿通孔を形成し、このボルト挿通孔に挿通したボルトにより被固定部材を固定しているので、被固定部材に第１軌道輪をしまりばめで嵌合しなくともクリープを生じることはなく、すきまばめで嵌合させることが可能となる。したがって、被固定部材に対する第１軌道輪の組み付けを容易に行うことができる。また、第１軌道輪にボルト挿通孔を貫通するように形成し、このボルト挿通孔の第２孔部側から挿通したボルトを第１孔部側で被固定部材に連結しているため、図５に示す従来構造のように、押さえ部材（符号１３４）が不要となり、構造を簡素化することができる。
【００１１】
一方、転がり軸受の軌道輪は、通常次のような工程で製造される。まず、鍛造によって成型された軌道輪を旋削により１次加工し、その後、硬度や靱性を高めるために焼入れ、焼戻し等の熱処理を行う。その後、旋削により２次加工を行った後、研磨仕上げを行う。
第１軌道輪にボルト挿通孔を形成する場合、どの段階で加工を行うかが非常に問題であり、熱処理前の段階でボルト挿通孔を形成すると、熱処理に伴う第１軌道輪の変形によってボルト挿通孔の寸法精度が確保できなくなる。また、熱処理後では、第１軌道輪の硬度が高まるため、ボルト挿通孔の加工が困難となり、工具の損耗も大きくなる。
【００１２】
本発明では、熱処理前に、軌道輪の軸方向一方の側部から途中までの範囲で第１孔部を形成する。この第１孔部は、孔径寸法を、例えば規定のボルト孔寸法よりも大きくしておくことによって、熱処理後に第１軌道輪に変形が生じたとしても、規定のＰＣＤやピッチのボルト挿通孔が熱処理後の第１孔部の範囲に含まれるようにする。そして、熱処理後に、第１軌道輪の軸方向他方側の端面から第１孔部に連通するように第２孔部を形成する。この第２孔部のボルト孔径は、第１孔部のボルト孔径よりも小さく、例えば規定のボルト孔径寸法とする。これにより、熱処理後の第２孔部は、所定の寸法精度を確保することができる。また、第２孔部は、ボルト挿通孔の一部であるため、熱処理後であっても加工を容易に行うことができる。
【００１３】
そして、第１軌道輪を被固定部材に組み付けるにあたり、ボルトの頭部を第２孔部側に位置させ、第１孔部側においてボルトを被固定部材に連結することによって、第１孔部よりも小さいボルト孔径に形成された第２孔部の周囲とボルトの頭部との接触面積を十分に確保することができ、頭部に付与される面圧を下げることができる。したがって、ボルトの耐久性を向上させることができる。ボルトの頭部に付与される面圧を下げ、ボルトの耐久性を向上させることは、風力発電機の主軸支持構造のように、常に変化する風によって荷重やモーメントが大きく変動し、特に突風時には過大な荷重が負荷される状況下において、非常に有用である。
【００１４】
前記被固定部材は軸であり、前記第１の軌道輪は、前記軸の外周面に嵌合する内輪であることが好ましい。これにより風力発電機の主軸支持用の転がり軸受装置として本発明を好適に適用することができる。
【００１５】
また、前記第１軌道輪は、前記第２軌道輪よりも軸方向に突出する部分を有しており、この突出部分の外周面にシール受面が形成されていることが好ましい。これによって、図５に示す従来構造のように、軸にシール受専用のシール受リング（符号１３５）を設けたり、軸の外周面にシール受面を形成したりする必要がなくなる。したがって、構造を簡素化することができる。なお、突出部分やシール受面は、第１軌道輪の軸方向両側に形成することもできるし、片側に形成することもできる。
【００１６】
前記軸は前記第１軌道輪の第１孔部側に径方向に突出する取付部を備え、この取付部に前記ボルトが螺合する雌ねじが形成されていてもよい。また、取付部には雌ねじではなく軸方向に貫通する貫通孔を形成し、この貫通孔にボルトを挿通させてナットを螺合することにより取付部に第１軌道輪を固定するようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、被固定部材に対する第１軌道輪の組付けを容易に行うことができ、構造も簡素化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る転がり軸受装置の断面説明図である。
【図２】製造過程における転がり軸受の断面説明図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る転がり軸受装置の断面説明図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態に係る転がり軸受装置の断面説明図である。
【図５】従来技術に係る転がり軸受装置の断面説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る転がり軸受装置の断面説明図である。この転がり軸受装置１は、風力発電機の主軸支持構造に適用され、転がり軸受２と主軸３と軸箱４とを有している。転がり軸受２は、内輪２１と、２つの外輪２２と、転動体としての円すいころ２３とを有する複列円すいころ軸受とされている。内輪２１の外周面には２列の内輪軌道面２１ａが形成され、２つの外輪２２は軸方向に並べて配置され、各外輪２２の内周面には外輪軌道面２２ａが形成されている。各内輪軌道面２１ａと各外輪軌道面２２ａとの間に複数の円すいころ２３が設けられており、複数の円すいころ２３は保持器２４によって周方向において所定間隔に保持されている。２つの外輪２２の間には間座２５が設けられている。風力発電機の主軸支持用として用いられる転がり軸受２の場合、外輪２２の外径が約１．９ｍ、内輪２１の内径が約１．５ｍとなり、非常に大型である。
【００２０】
軸箱４は、内周に外輪２２の外周面が嵌合する嵌合面４１ａを有する主支持部４１と、この主支持部４１の軸方向一側部から径方向内方に延びる副支持部４２とを備え、副支持部４２の内側面４２ａに外輪２２の軸方向一側面が当接されている。また、主支持部４１の軸方向他方の側面には雌ねじ４１ｂが軸方向に形成されている。主支持部４１の軸方向他方の側面には押さえリング４３が当接され、この押さえリング４３は、雌ねじ４１ｂに螺合されたボルト４４によって主支持部４１に固定されている。したがって、外輪２２は、副支持部４２と押さえリング４３とによって軸方向の移動が規制されている。また、副支持部４２の内周面４２ｂと押さえリング４３の内周面４３ｂとにはシール部材４５ａ，４５ｂがそれぞれ設けられている。
【００２１】
主軸３は、外周に内輪２１の内周面が嵌合する嵌合面３ａを有し、この嵌合面３ａの軸方向一側には、径方向外方へ突出する取付部３１が一体形成されている。この取付部３１には軸方向に貫通する雌ねじ３１ａが形成されている。
内輪２１は、外輪２２よりも軸方向両外側へ突出する突出部２６を有している。そして、この突出部２６の外周面は、シール部材４５ａ，４５ｂが摺接するシール受面２６ａとされている。
【００２２】
内輪２１には、軸方向に貫通するボルト挿通孔２７が所定のＰＣＤ（ピッチ円直径）及び周方向に所定のピッチで複数形成されている。ボルト挿通孔２７にはボルト２８が挿通され、このボルト２８の雄ねじ部２８ｂが取付部３１の雌ねじ３１ａに螺合されることによって、内輪２１が主軸３に連結されている。ボルト２８の頭部２８ａと内輪２１との間にはワッシャ２９が設けられている。
【００２３】
このように、内輪２１にボルト挿通孔２７を形成するとともに、ボルト挿通孔２７にボルト２８を挿通し、このボルト２８の雄ねじ２８ｂを主軸３の取付部３１に螺合しているので、主軸３と内輪２１とはボルト２８を介してクリープを生じることなく一体回転する。そのため、主軸３と内輪２１とをしまりばめで嵌合する必要がなく、すきまばめで嵌合することが可能となる。したがって、主軸３に内輪２１を組み付ける作業を容易に行うことができる。
また、内輪２１には、シール受面２６ａが形成されているので、主軸３にシール受面を形成したり、シール受け専用の部材を別途設けたりする必要がなくなり、構造を簡素化することができる。
【００２４】
次に、内輪２１にボルト挿通孔２７を形成する方法について説明する。このボルト挿通孔２７は、内輪２１を製造する過程において２段階で形成される。内輪２１は軸受鋼等からなり、鍛造により成形された後、旋削加工され、更にその後、焼入れ及び焼戻し（熱処理）が施される。内輪２１は、熱処理によって変形するために再度旋削加工され、その後、研磨される。本実施の形態のボルト挿通孔２７は、まず第１段階として、熱処理を行う前にその一部が形成されるようになっている。
【００２５】
具体的には、図２（ａ）に示すように、内輪２１には、軸方向一方（左側）の側面から軸方向に第１孔部２７ａが形成される。第１孔部２７ａは、ボルト２８の外径（呼び径）に応じた規定のボルト孔径ｄ１（図２（ｂ）参照）よりも大きなボルト孔径ｄ２とされており、所定のＰＣＤ及び所定のピッチで形成される。第１孔部２７ａは内輪２１を貫通せず、内輪２１の軸方向長さＬ０の半分を超える長さＬ１に形成される。第１孔部２７ａが形成されない部分の長さ（残部長さ）Ｌ２は、ボルト２８の呼び径にほぼ相当する寸法とされる。例えば、ボルト２８がＭ３６の場合、残部長さＬ２は約３０〜４０ｍｍとされ、第１孔部２７ａの長さＬ１は約２３０〜２４０ｍｍとされる。
【００２６】
第１孔部２７ａの孔加工は、熱処理前の内輪２１の硬度が低い段階で行われるので、内輪２１の軸方向長さＬ０の半分を超える範囲でも容易に行うことができる。第１孔部２７ａは規定のボルト孔径ｄ１よりも大きい孔径ｄ２であり、熱処理によって内輪２１が変形した場合であっても、所定ＰＣＤ及び所定ピッチで形成された規定のボルト孔径ｄ１のボルト孔が、第１孔部２７ａの範囲内に含まれるようになっている。
なお、規定のボルト孔径ｄ１は、例えばＪＩＳＢ１００１−１９８５において規定されているボルト孔径（１〜３級）を適用することができる。これによれば、例えばボルトの呼び径がＭ３６の場合、規定のボルト孔径ｄ１は３７〜４２ｍｍとされる。この場合、第１孔部２７ａの孔径ｄ２は４２ｍｍを超える寸法、例えば４３ｍｍとされる。第１孔部２７ａの孔径ｄ２は、熱処理による内輪２１の変形量を加味して余裕をもって決定される。
【００２７】
第１孔部２７ａが形成された後、熱処理と旋削加工が行われ、その後、ボルト挿通孔２７の残りが形成される。具体的には、図２（ｂ）に示すように、内輪２１に、軸方向他方（右側）の側面から軸方向に第２孔部２７ｂが形成される。この第２孔部２７ｂは、ボルト２８に応じた規定のボルト孔径ｄ１とされ、所定ＰＣＤ及び所定ピッチで形成される。第２孔部２７ｂは、第１孔部２７ａが形成されていない範囲に形成され、第１孔部２７ａに連通される。
【００２８】
熱処理が行われると内輪２１の硬度が高められるが、第２孔部２７ｂは、第１孔部２７ａが形成されていない範囲、すなわち内輪２１の軸方向長さＬ０の半分に満たない短い範囲Ｌ２のみに形成すればよいので、加工の困難性も少なく、工具の損耗も抑制することができる。
なお、図２（ｂ）において、第１孔部２７ａと第２孔部２７ｂとは中心Ｏが一致しているが、熱処理による内輪２１の変形によって第１孔部２７ａの中心がずれた場合、必ずしも両者が一致するとは限らない。しかし、中心が若干ずれた場合であっても、第１孔部２７ａの孔径ｄ２は、前述したように第２孔部２７ｂの孔径ｄ１よりも大きく設定されているので、ボルト２８の貫通には支障がない。
【００２９】
内輪２１を製造後、主軸３に組み付ける場合、図１に示すように、ワッシャ２９を装着した状態でボルト２８を第２孔部２７ｂ側（右側）からボルト挿通孔２７に挿入し、雄ねじ２８ｂを雌ねじ３１ａに螺合する。ワッシャ２９は、ボルト２８の頭部２８ａと内輪２１との間に配置される。
ボルト２８の頭部２８ａは、規定のボルト孔径ｄ１に形成された第２孔部２７ｂ側に配置されているので、第２孔部２７ｂと頭部２８ａ（実際にはワッシャ２９）との接触面積が十分に確保される。したがって、頭部２８ａに付与される面圧を下げることができる。
本実施の形態のように、風力発電の主軸支持構造に転がり軸受装置１を適用した場合、主軸３には、常に風の変化に伴って変動する荷重が負荷され、さらに突風時には過大な荷重が負荷されることになるが、ボルト２８の頭部２８ａにかかる面圧が適正であることから、変動する荷重や過大な荷重が付与されたとしても、ボルト２８の耐久性を好適に維持することができる。
【００３０】
図３は、本発明の第２の実施の形態に係る転がり軸受装置の断面説明図である。本実施の形態では、雌ねじではなく軸方向に貫通する貫通孔３１ｃが取付部３１に形成され、この貫通孔３１ｃにボルト２８が挿通されるとともに、取付部３１の左側においてボルト２８の雄ねじ２８ｂにナット３０が螺合されている。したがって、本実施の形態においても第１の実施の形態と同様の作用効果を奏する。
【００３１】
図４は、本発明の第３の実施の形態に係る転がり軸受装置の断面説明図である。本実施の形態では、内輪２１の軸方向片側（右側）のみに突出部２６が形成され、この突出部２６のシール受面２６ａに一方のシール部材４５ｂが摺接している。他方のシール部材４５ａは、取付部３１の外周面３１ｂに摺接しており、この外周面３１ｂがシール受面として機能している。したがって、取付部３１は、内輪２１を取り付けるための部材、及び、シールを受けるための部材として兼用されている。したがって、本実施の形態においても第１の実施の形態と同様の作用効果を奏する。
【００３２】
本発明は、前述の実施の形態に限定されることなく適宜設計変更可能である。例えば、前述の実施の形態では、内輪２１にボルト挿通孔２７を形成し、この内輪２１と主軸３とをボルト２８によって固定する構成を示したが、外輪２２にボルト挿通孔を形成するとともに、外輪２２と軸箱４とをボルトによって固定する構成とすることも可能である。また、前述の実施の形態では、内輪２１に固定される部材を回転側とし、外輪２２に固定される部材を固定側としているが、その逆であっても良い。
【符号の説明】
【００３３】
１  転がり軸受装置
２  転がり軸受
３  主軸
２１  内輪（第１軌道輪）
２２  外輪（第２軌道輪）
２３  円すいころ（転動体）
２６  突出部
２６ａ  シール受面
２７  ボルト挿通孔
２７ａ  第１孔部
２７ｂ  第２孔部
２８  ボルト
２８ａ  頭部
３１  取付部
３１ａ  雌ねじ
【図１】
2010190292.tif 000003
【図２】
2010190292.tif 000004
【図３】
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【図４】
2010190292.tif 000006
【図５】
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